流體混合模擬的案例
基于FLUENT的三通管流體混合
昨夜杏花雨落
關鍵詞：FLUENT，三通管，Mixture模型，計算流體力學，流體混合
利用FLUENT軟件對三通管內流體混合過程進行數值模擬。通過數值模擬手段對其幾何結構進行優化，可以探索得到其最優的結構參數和操作參數，主要評價指標為相體積分數和湍動能。以某一確定結構參數和操作參數的三通管為例進行以下數值模擬流程介紹。通過精細的網格劃分和仿真設置，模擬了三通管內部的流場特性，以云圖方式顯示了三通管內部流場的速度分布、壓力分布、相體積分數分布和湍動能分布。
在仿真過程中，首先建立三通道的三維模型。為提高仿真精度，對模型進行了poly網格劃分。隨后設置仿真參數，包括流體密度、粘度等參數。采用SST k-omega模型來描述流體的流動特性，使用Mixture模型作為多相流模型。后續可以通過改變結構參數和操作參數對其進行更為細致的數值模擬，以進一步優化其流場分布效果，找到所需最優結構參數及操作參數。
建立幾何模型時對其進行適當的結構優化便于數值模擬過程，網格劃分時對其施加一定的控制（如曲率和偏度）以提高網格質量，綜合得到網格質量大于0.2即可滿足一般仿真需求。幾何模型如圖1所示，網格劃分如圖2所示。
圖1幾何模型
圖2網格劃分
初始體積分數分布如圖3所示：
圖3初始體積分數分布
流體流動2s時刻，體積分數分布、速度分布、壓力分布及湍動能分布如圖4、圖5、圖6和圖7所示：
圖4 2s時刻體積分數分布
圖5 2s時刻速度分布
圖6 2s時刻壓力分布
圖7 2s時刻湍動能分布
最后，有需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡
展開 八、管道彎頭中流體混合流動與傳熱
<p> 這次我們使用fluent做一個流體流動與傳熱的模擬。如圖1所示，進口5和進口6分別進入兩股流體，兩股流體會在彎頭處進行混合，考慮到流動與換熱的影響，查看穩定下來之后的壓力和速度分布云圖。</p><p> </p><p><strong>1. 物理模型</strong></p><p> 物理模型如圖1所示，模型尺寸圖中已標出，為了簡化計算，模型為二維模型。但<strong>實際上是圓管，這里的二維模型會帶來誤差</strong>，之前的文章我們提到過，<strong>Fluent即便模擬二維流動，實際上也是三維的，因為對于二維模型，Fluent會自動給它一個1m的深度如圖2，因此實際上二維的計算變成了方形管</strong>。這里我們不考慮這樣的誤差。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"> </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyibaCicicLEW1yer6tkExKNmfKxegYicCCGoYCCjWbVgibtwShKcXrO8HN9n2N4MBfOh9X9SdHM4MTSZ2w/640?
展開 攪拌混合CFD流體仿真優化設計
攪拌混合設備是工業生產中不可或缺的一大類工藝設備，有相對成熟的理論和設計，攪拌槳葉類型層出不窮，針對不同工藝需求又需要不同的類型規格尺寸，這樣對仿真提出了比較特殊的要求，就是建模需要參數化并可以迅速調整。
常見的通用CFD軟件提供了不同的快捷方案，比如Ansys Fluent提供了攪拌模板是從最早的mixsim演化而來，STAR-CCM+提供了mixing workflow, Comsol提供了mixer app，這三種方式都內置了一些經典樣式的攪拌槳葉和容器組合，可以快速設置進行簡單的仿真分析。
實際工作過程中，攪拌槳葉類型變化比較多，需要仿真模擬的往往是經典樣式的變形或改進或新類型，需要單獨建模，在過程中需要調整規格尺寸進行方案仿真比對。
針對參數化建模Ansys 有designmodeler, STAR-CCM+ 有3D-CAD Models, 更推薦使用STAR-CCM+,可以輕松的導出參數化模型為Java文件，使用宏運行Java文件快速復用三維模型，可以配合全局參數，在設計探索功能中進行參數化掃描進行設計優化。
展開 文丘里混合器的混合性流場模擬 ￥20
在文丘里下游的錐段區域，設置有專用噴槍用于向流場中噴射漿液，借助氣流的高速動能實現漿液的初次霧化與摻混，促使漿液與煙氣在此處進行充分混合。混合后的氣液兩相流隨后進入直管段，在此繼續進行反應過程。為確保漿液在直管段進口處具備良好的反應條件，關鍵是要保證漿液粒子在進入直管段時分布足夠均勻，即粒子濃度場和速度場在流通截面上實現均質化。為此，本項目擬采用計算流體力學（CFD）數值仿真方法，對包括彎頭、文丘里段、錐段及噴槍射流在內的復雜粒子氣流兩相流場進行精細模擬與分析。通過仿真結果指導流場結構優化，旨在提升直管段進口截面處漿液粒子的分布均勻性，從而為后續的高效反應創造理想條件。
1、 計算模型及邊界條件
1.1 計算模型建立
根據二維圖紙，建立三維模型如下：
1.2 邊界條件
系統內總煙氣量為906187m3/h，煙氣溫度為130℃。進口邊界條件為速度進口，進口速度為16.56m/s。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標準k-ε模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。采用離散相模型進行計算，噴槍使用錐狀噴射進行模擬，噴射角度為90°，噴射距離為5m。計算參數如下：
2、 計算結果及分析
2.1 噴槍同一高度布置
2.1.1 原始方案
噴槍布置在同一高度時，原始方案下流場內部流動狀態如下：
速度流線圖
漿液粒子分布圖
in1截面粒子濃度分布
in1截面粒子分布
從圖中能夠看出，氣流在經過文丘里段后，最大流速增加到了55.38m/s。而由于錐段擴張角度較大的緣故，氣流擴散效果欠佳，在直管段四周則產生了局部的回流現象。漿液粒子由噴槍噴射口噴出后，一部分被煙氣氣流帶走，一部分則被卷入到回流當中，附著在壁面上。
展開 
基于COMSOL仿真多通道微流體混合過程 ￥500
<p>本案例設計了一種新型十級多通道結構，用于藥物與培養液進行混合，并通過COMSOL軟件仿真了其混合的動態過程，結果如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/4238008bf3ab4e88879d6815c1cac35d.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，詳細了解仿真過程。</p><p><br></p>
展開 Fluent在混合彎頭中的流體流動和傳熱分析
在混合彎頭中的流體流動和傳熱分析
本例模型請關注公眾號，CAE備忘錄，回復elbow可獲得。
問題描述：
有一溫度為293.15K的流體從管道直徑為100mm入口進入，并與從管道直徑為25mm入口進入溫度為313.15K的流體進行混合，預測兩股流體混合后的流動情況和溫度分布情況。
創建Fluent 分析系統：
打開workbench17.2，將Fluid Flow(Fluent)單擊左鍵拖入空白處（也可以雙擊），選擇Save，將文件保存到制定目錄下（保持良好習慣）。這時候在Files 窗口中就會出現一些文件。之后你進行其他操作產生的文件，經過保存都會出現在這個窗口。
劃分網格：
幾何模型自行建模，如果用其他三維軟件，可以導入X_t或者stp格式文件。導入幾何模型之后，雙擊A3欄的Mesh，進入網格劃分界面。
首先，為每個面進行命名，選擇面并右鍵選擇Create Named selection，對應名稱為，進口命名為inlet_large和inlet_small，出口命名為pressure_outlet，壁面命名為wall，對稱面命名為Symmetry，這樣命名可以方便在Fluent中設置邊界條件。
命名完成之后，在mesh上右鍵選擇size，選擇整個體，在Element Size處填入0.006m，如果要設置膨脹層，則單擊Mesh，在下方Details of Mesh 中選擇inflation設置膨脹層各個參數（這里也可以不用設置），將Use Automatic Inflation 改為 Program Controlled。最后在Mesh上右鍵選擇generate mesh，這時網格已經劃分完畢，將網格劃分界面關閉，在Project schematic中的mesh右鍵選擇update.
展開 T型接頭及螺旋線微通道內流體混合仿真 ￥1000
本案例基于COMSOL軟件建立了T型結構和螺旋微通道模型，基于多物理場耦合模塊仿真得到了T型接頭入口處兩種溶液流入后的混合流動過程，模型及仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
使用嵌入 CAD 的工程流體力學仿真 優化氣體混合過程
SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 是氣體混合 CFD 分析的最佳方法
氣體混合在各種廣泛的應用領域都非常重要，例如，煙道中的氣體混合對于排放控制系統的操作非常重要，填料塔和其他類型化學反應器中的氣體混合會影響過程的產出量和可變性，氣體混合對用于處理危險廢物的旋轉窯焚化爐的性能有重大影響，呼吸道中的氣體混合影響霧化藥物的療效，混合效率上若干個百分點的提升即可大幅減少低氧化氮燃燒器的能耗和排放。優化氣體和空氣混合以滿足特定應用需求頗具挑戰性，該過程通常需要反復建造并測試原型，因此非常耗費時間和成本。大公司已經采用了計算流體力學 (CFD) 來模擬氣體混合，但鑒于使用 CFD 技術所需投入的大量成本、時間和專業知識，目前為止這種技術的應用僅限于研究或解決現有設計的疑難問題。
然而過去幾年，市面上出現了完全嵌入主流機械設計環境的新型 CFD 工具，這些工具使用更加簡單、更快且更經濟實惠。在設計流程的早期階段，用戶可以使用這些新工具來評估大量備選方案的性能，早期階段的分析使之有可能以較少的時間和較低的成本來提高產品性能并解決設計問題。本文介紹了在設計流程的早期階段使用 CFD 改善氣體混合的使用指南。
氣體和空氣混合的重要性
燃燒設備制造商面臨著諸多競爭壓力和監管壓力，這迫使他們不得不提高能效、減少環境排放、加大控制力度并提供更大的燃料靈活性。應對此挑戰的關鍵在于改善燃燒器的性能，因為燃燒器是所有燃燒系統的重要組成部分。即便是很小的性能改進，也會對持續運轉且耗費大量能源的系統產生重大的積極影響。對于幾乎所有燃燒器而言，燃料和氣體混合都是設計過程的重要環節。許多應用領域面臨的主要設計挑戰是通過注入氣體來實現近乎理想化的混合。混合很重要，因為氣體和燃料的濃度不均勻將導致排放量的大幅上升和燃燒效率的大幅下降。
展開 『下載』黏性流體的混合有限分析解法
Part1
黏性流體的混合有限分析解法.part1.rar
黏性流體的混合有限分析解法.part2.rar
黏性流體的混合有限分析解法.part3.rar
黏性流體的混合有限分析解法.part4.rar
FRED： LED混合準直透鏡模擬
在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
FRED模型
LED在整個半球上發光，但是大多數照明應用中要求對輸出的光的方向進行控制。一個簡單的正透鏡不足以將大角度光折射成準直光束。為了重新定向所有發射光，可以設計一個混合折射/反射透鏡。混合準直器的一個例子如圖1所示。中央部分由正的軸錐鏡構成，用來折射具有小發射角的光線，外側部分為傾斜的拋物面。該區域利用全內反射來重新定向具有大發射角度的光線。
圖1.放置在LUMILEDS Rebel Amber LED[2]上折射/反射準直透鏡的光線追跡示意圖
為了評估混合透鏡的準直性能，光的強度在距離LED 1m外的探測平面上評估。沒有準直器時，檢測到+/-50° FWHM的強度。添加準直器后，強度顯著地減小到了+/-6° FWHM（圖2）。
圖2a.來自LUMILEDS Rebel Amber LED沒有混合準直透鏡的強度
圖2b來自LUMILEDS Rebel Amber LED具有混合準直透鏡的強度
[1] “New Report Explores the Global Industrial and Commercial LED Lighting Market to Be Propelled by Government Prohibition on the Use of Incandescent Lamps.” WhaTech. September 28, 2015. Accessed September 29, 2015.
展開 混合氣體通過濾芯模擬
有沒能做油氣混合氣體通過濾芯，想要看濾芯對油的過濾作用，或者得到濾芯的壽命。
混合設備模擬-多入口 ￥4.9
混合設備 包括msh cas dat文件
幾何模型
三維圓錐形立式冷卻器
邊界條件
inlet-1
velocity inlet
注意湍流參數選擇
inlet-2
velocity inlet
Outet
Pressure outlet
湍流模型
k-e
求解參數
求解格式
初始化
結果分析
創建平面
顯示該平面上的相關變量信息
軸線變量
Chemkin模擬煤粉氨氣混合燃料燃燒特性
煤粉與氨氣混合燃料
減少燃燒產生的溫室氣體排放的有效措施是二氧化碳捕獲和儲存。 該過程涉及將二氧化碳從工業和能源相關來源中分離出來，運輸到儲存地點，與大氣長期隔離。用于煤粉燃料燃燒的所謂氧燃料燃燒技術是促進二氧化碳封存的有前途的方法。在這種方法中，通常使用純度大于 90% 的氧氣和循環煙氣的混合物來燃燒燃料。因此，燃燒過程會產生主要由 CO2 和 H2O 組成的煙道氣，從而可以簡單地在下游去除 CO2。 回收的煙氣代替燃燒空氣中的 N2，用于降低火焰溫度并保持通過鍋爐的氣體量。在煤粉中混合氨氣進行燃燒，是有效降低燃燒溫度，抑制氮氧化物的生成方式。
模型設置
根據PSR模型的設置，搭建入口、反應器、出口的模型布置，如圖一所示。
圖1 模型搭建
根據實際工況條件，設置溫度壓力等參數。值得注意的是氨氣的層流燃燒速度較低，反應器的溫度要設置的高一點，才能達到引燃燃料的條件要求，反應器的體積設置為150立方厘米，保證了不會因為反應體積過大或者過小導致計算發散。
圖2 反應器界面設置
設置反應器入口流量，設置反應物初始溫度，初始溫度越高有助于燃燒反應的發生。
圖3 入口設置
勾選主要氮氧化物的敏感性和反應路徑分析。
圖4 敏感性勾選
主要結果分析
圖5和圖6分別為敏感性分析和NO的后處理結果，圖7為氮氧化物的主要反應路徑。從圖中可以看出，小的活性基團對于氮氧化物的生成起著至關重要的影響。其中H基，OH基等對氮氧化物的生成有抑制作用，而HO2基團有促進作用。氮氧化物的含量隨著當量比單調遞減，這是由于氨氣在稀混合氣的條件下也能良好燃燒。從反應路徑上來看煤粉可以直接生成氮氧化物，氨氣的加入主要是抑制了此條反應路徑的進行。
展開 用polyflow模擬混合過程需要注意的一點
我是用polyflow模擬攪拌混合過程的，開始準備做一個time dependent的過程，卻總是出錯，做穩態的卻沒問題。后來發現，原來是assign pressure 和assign the stream function 的參考點出的問題，這個參考點必須設在流場中。這個要求看著很簡單，卻容易忽略。我開始算穩態問題時，參考點在流場中，時間推進以后，槳葉轉動，參考點和槳葉重合，所以出錯了。把參考點設到一個槳葉不經過的地方，問題解決。
一點小收獲，希望對別人有所幫助，因為我為了這個問題煩了好幾天。
鍋爐SDS脫硫項目小蘇打粉末混合均勻性模擬 ￥20
現將噴入小蘇打粉末的一段管道做CFD模擬分析，并添加合適的導流及繞流措施，通過模擬確認噴射點數量、噴槍伸入管道位置長度及所需噴射角度，以確保管道末端設備獲得最佳的氣固混合效果，保證小蘇打粉末在煙氣中的均勻性。
